DE112014003982T5

DE112014003982T5 - Steuerungseinheit und Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE112014003982T5
Application number: DE112014003982.9T
Authority: DE
Inventors: Assad ALAM; Kuo-Yun Liang; Henrik Pettersson; Jonas Martensson; Karl Henrik Johansson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-06-16
Also published as: SE1351131A1; SE537578C2; WO2015047179A1

Abstract

Eine Steuerungseinheit und ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs fk in einem Fahrzeugzug. Das Verfahren umfasst das Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs fk-1 beschreibt, das unmittelbar vor dem Fahrzeug fk in dem Fahrzeugzug liegt; Bestimmen von Daten â über die Umgebung, wobei die Daten eine Eigenschaft der Umgebung der Fahrzeuge beschreiben; Vorhersagen eines Verhaltens für das vordere Fahrzeug fk-1 basierend auf dem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs fk-1 beschreibt, und die Daten â über die Umgebung, und Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug fk basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs fk-1 wobei das Fahrzeug fk danach gemäß der Fahrstrategie gesteuert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinheit und ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in einem Fahrzeugzug. Der Fahrzeugzug umfasst mindestens ein Leitfahrzeug und ein zusätzliches Fahrzeug, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Die Intensität des Verkehrs auf den Hauptverkehrswegen in Europa ist hoch, und es wird ein weiterer Anstieg erwartet. Der wachsende Transport von Menschen und Gütern verursacht nicht nur ein Anwachsen der Verkehrsprobleme in Form von Verkehrsschlangen, sondern erfordert auch ständig steigende Mengen an Energie, was schließlich Anlass für einen Anstieg der Emissionen von z. B. Treibhausgasen gibt. Ein möglicher Beitrag zum Lösen dieser Probleme besteht darin, zuzulassen, dass Fahrzeuge enger aneinander gefahren werden, was als „Fahrzeugzüge” bekannt ist. Der Begriff „Fahrzeugzüge” wird hierin verwendet, um eine Anzahl von Fahrzeugen zu bezeichnen, die zueinander kurze Abstände aufweisen, die als eine einzelne Einheit gefahren werden. Die kurzen Abstände führen dazu, dass es möglich ist, dass mehr Verkehr die Straße nutzt und der Energieverbrauch für ein einzelnes Fahrzeug reduziert wird, da der Widerstand reduziert wird. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden mit mindestens einer automatisierten Steuerung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer automatisierten Steuerung seiner Fahrtrichtung gefahren. Das führt dazu, dass Fahrzeugfahrer wie z. B. Lkw-Fahrer einer reduzierten Belastung unterliegen, wobei auf fehlerhaften menschlichen Entscheidungen basierende Unfälle reduziert werden, und zur Ermöglichung der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Studien zeigen, dass der Kraftstoffverbrauch des Leitfahrzeugs in dem Fahrzeugzug um 2 bis 10% reduziert werden kann, und derjenige des folgenden Fahrzeugs um 15 bis 20%, und zwar gegenüber dem Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, das alleine fährt. Dies ist der Fall bei Bedingungen, bei denen der Abstand zwischen den Fahrzeugen 8–16 Meter, und die Geschwindigkeit, mit der sie fahren, 80 km/h beträgt. Der reduzierte Kraftstoffverbrauch ergibt eine entsprechende Reduktion bei der Emission von CO₂.
Fahrer nutzen bereits diese gut bekannte Tatsache, was eine reduzierte Verkehrssicherheit zur Folge hat. Eine grundlegende Frage in Zusammenhang mit Fahrzeugzügen besteht darin, wie die Zeitlücke zwischen Fahrzeugen von den empfohlenen 3 Sekunden auf einen Wert zwischen 0,5 und 1 Sekunde verringert werden kann, ohne die Verkehrssicherheit zu beeinträchtigen. Mit Abstandssensoren und -kameras muss die Reaktionszeit des Fahrers nicht mehr so schnell sein. Dies ist eine Art von Technologie, die heute bereits bei Systemen wie z. B. ACC (Adaptive Cruise Control/adaptive Geschwindigkeitsregelung) und LKA (lane-keeping assistance/Spurhalteassistent) verwendet wird. Angepasste' Geschwindigkeitsregelung basiert auf Messen der momentanen Geschwindigkeit und des Abstands nur zu vorigen Fahrzeugen (oder zu benachbarten Fahrzeugen), unter Verwendung von Sensoren und Aufrechterhalten eines gewünschten Abstands. Abstandssensoren und -kameras erfordern jedoch eine klare Sicht des Ziels, und dadurch wird es schwierig, Ereignisse zu erkennen, die mehr als ein paar Fahrzeuge vorher in die Schlange eintreten. Eine weitere Begrenzung besteht darin, dass das Geschwindigkeitsregelungssystem nicht proaktiv agieren kann, d. h. es kann nicht auf den Verkehrsrhythmus beeinträchtigende Ereignisse reagieren, die weiter vorn im Verkehr eintreten.
Eine Möglichkeit, Fahrzeuge in die Lage zu versetzen, proaktiv zu agieren, besteht darin, einzurichten, dass die Fahrzeuge untereinander kommunizieren, um in der Lage zu sein, untereinander Informationen austauschen zu können. Eine Entwicklung des IEEE-Standards 802.11 für WLAN (WLAN-Netzwerke), die als „802.11p” bekannt sind, ermöglicht das drahtlose Übertragen von Informationen zwischen Fahrzeugen, und zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur. Unterschiedliche Arten von Informationen wie z. B. Fahrzeugparameter und Strategien können zu und von den Fahrzeugen übertragen werden.
Die Entwicklung von Kommunikationstechnologie hat es somit ermöglicht, Fahrzeuge und Infrastruktur zu konstruieren, die proaktiv interagieren und agieren können. Fahrzeuge können als eine Einheit agieren, und somit werden ein kürzerer Abstand zwischen ihnen, und ein besserer globaler Verkehrsfluss ermöglicht.
In der WO-2012105889-A1 wird erwähnt, dass es möglich ist, Hindernisse wie z. B. Ampeln, Geschwindigkeitsbegrenzungen usw. zu berücksichtigen, die entlang der Straße liegen, um z. B. wenn das Hindernis entdeckt wird unnötiges Bremsen zu vermeiden.. Wenn ein Fahrzeug in einem Fahrzeugzug mit kurzen Abständen zueinander fährt, dann wird das Fahrzeug in großem Umfang davon beeinflusst, wie sich das Fahrzeug unmittelbar davor in dem Fahrzeugzug verhält.
Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zum kraftstoffsparenden Steuern eines Fahrzeugs in einem Fahrzeugzug.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß eines ersten Aspekts wird die vorstehend beschriebene Aufgabe zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs f_k in einem Fahrzeugzug gelöst, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist. Das Verfahren umfasst das Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, das unmittelbar vor dem Fahrzeug f_k liegt; Bestimmen von Daten â über die Umgebung, wobei die Daten eine Eigenschaft der Umgebung der Fahrzeuge beschreiben; Vorhersagen eines Verhaltens für das vordere Fahrzeug f_k-1 basierend auf dem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, und die Daten â über die Umgebung, und Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1 wobei das Fahrzeug f_k danach gemäß der Fahrstrategie gesteuert wird.
Eine kraftstoffeffiziente und sichere Regelung bzw. Steuerung wird durch das Verfahren erreicht, da das Fahrzeug f_k gemäß dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1 gesteuert werden kann. Die Kapazität des vorderen Fahrzeugs kann berücksichtigt werden, ob es schlecht funktionierende Bremsen aufweist usw. Der Abstand zwischen den Fahrzeugen kann gemäß dem vorhergesagten Verhalten des Fahrzeugs f_k-1 gesteuert werden, sodass die Sicherheit nicht beeinträchtigt wird.
Da Informationen über zukünftige Ereignisse gegeben wird, die das Fahrzeug f_k betreffen können, kann das Fahrzeug f_k seine Fahrt auf eine bessere Art so planen, dass die Regelung des Fahrzeugs f_k reibungslos und sicher wird. Das Verfahren ist nicht davon abhängig, dass vollständige Informationen und Daten über den vollständigen Fahrzeugzug vorhanden sind, und auf diese Weise wird die Berechnungskomplexität reduziert, und die Möglichkeit, dass die Regelung in der Praxis ausgeführt werden kann, steigt.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die vorstehend beschriebene Aufgabe mindestens teilweise durch ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs f_k in einem Fahrzeugzug gelöst, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist. Die Steuerungseinheit ist konfiguriert zum: Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, das unmittelbar vor dem Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug liegt; Bestimmen von Daten â über die Umgebung, wobei die Daten eine Eigenschaft der Umgebung der Fahrzeuge beschreiben; Vorhersagen eines Verhaltens für das vordere Fahrzeug f_k-1 basierend auf dem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, und die Daten â über die Umgebung, Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1; Erzeugen eines Fahrstrategiesignals, das die Fahrstrategie angibt; und Steuern des Fahrzeugs f_k gemäß der Fahrstrategie.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe mindestens teilweise durch ein Computerprogramm P in einem System gelöst, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, um das System zu veranlassen, einen der Verfahrensschritte auszuführen, die in dieser Anmeldung beschrieben sind.
Gemäß einem vierten Aspekt wird die Aufgabe mindestens teilweise durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, der auf einem Medium gespeichert ist, das von einem Computer lesbar ist, um einen der in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den unabhängigen Ansprüchen und in der detaillierten Beschreibung beschrieben.
Kurzbeschreibung der beigefügten Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 einen Fahrzeugzug veranschaulicht, der einen Hügel hinauffährt.
2 ein Beispiel eines Fahrzeugs in dem Fahrzeugzug darstellt.
3 eine Steuerungseinheit gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
4 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Definitionen

LAC (look-ahead cruise control/vorausschauende Geschwindigkeitsregelung):

ein Geschwindigkeitsregelungssystem, das Informationen über die Topografie der kommenden Straße verwendet, und ein optimales Fahrprofil für das Fahrzeug berechnet. Auch bekannt als „vorhersagendes Geschwindigkeitsregelungssystem”.

LAP (look-ahead cruise control for platoons/vorausschauende Geschwindigkeitsregelung für Fahrzeugzüge):

ein Geschwindigkeitsregelungssystem, das Informationen über die Topografie der kommenden Straße verwendet, und ein optimales Fahrprofil für alle Fahrzeuge in einem Fahrzeugzug berechnet. Auch bekannt als „vorhersagendes Geschwindigkeitsregelungssystem für Fahrzeugzüge”. Die Regelungsstrategie wird z. B. durch dynamisches Programmieren bestimmt.

v_k:

die Geschwindigkeit von Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug mit N Fahrzeugen.

d_k,k+1

– der Abstand zwischen Fahrzeug f_k und dem Fahrzeug dahinter f_k+1 in dem Fahrzeugzug.

á_k:

der Gradient bei Fahrzeug f_k.

V2V-Kommunikation (vehicle-to-vehicle/Fahrzeug-zu-Fahrzeug):

drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen, auch bekannt als Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation.

V2I-Kommunikation (vehicle-to-infrastructure/Fahrzeug-zu-Infrastruktur):

drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur, wie z. B. Straßenkreuzungen und Computersysteme.

1 stellt einen Fahrzeugzug mit N schweren Fahrzeugen f_k dar, der eine Steigung mit kleinen Zwischenräumen d_k,k+1 zwischen den Fahrzeugen hinauffährt. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden mit mindestens einer automatisierten Steuerung der Geschwindigkeit und einer automatisierten Steuerung seiner Fahrtrichtung gefahren. Der Gradient bei Fahrzeug f_k, wenn es den Hügel hinauffährt, ist als á_k dargestellt. Jedes Fahrzeug f_k ist mit einem Empfänger und einem Sender für Drahtlossignale ausgerüstet, die teilweise mit einer Antenne dargestellt sind. Die Fahrzeuge f_k in dem Fahrzeugzug können somit miteinander durch V2V-Kommunikation oder durch andere Einrichtungen, wie z. B. mobile Kommunikationseinheiten, durch eine Anwendung in einer Kommunikationseinheit oder durch einen Server kommunizieren. Sie können auch mit der Infrastruktur in Form von V2I-Kommunikation kommunizieren. Die Kommunikation kann z. B. von einem Fahrzeug durch eine Straßenkreuzung zu einem zweiten Fahrzeug weitergeleitet werden. Die unterschiedlichen Fahrzeuge f_k weisen unterschiedliche Massen m_k auf. Jeder der Fahrzeugzüge weist ein Leitfahrzeug auf, d. h. das erste Fahrzeug f₁. Jedes Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug weist z. B. eine einzigartige Fahrzeugidentität und eine Fahrzeugzugidentität auf, die für den vollständigen Fahrzeugzug gemeinsam ist, um in der Lage zu sein, Wissen aufrechtzuerhalten, welche Fahrzeuge Mitglieder des Fahrzeugzugs sind. Daten, die drahtlos zwischen den Fahrzeugen in dem Fahrzeugzug übertragen werden, können mit diesen Identitäten gekennzeichnet werden, sodass das Fahrzeug, von dem die empfangenen Daten herstammen, bestimmt werden kann.
In 2 ist ein Beispiel eines Fahrzeugs f_k in dem Fahrzeugzug, hier das Leitfahrzeug f₁, dargestellt, und veranschaulicht, wie es ausgerüstet sein könnte. Das Fahrzeug f_k ist mit einer Positionierungseinheit 5 ausgerüstet, die die Position von Fahrzeug f_k bestimmen kann. Die Positionierungseinheit 5 kann z. B. konfiguriert sein, um Signale von einem Satellitennavigationssystem, wie z. B. GNSS (Global Navigation Satellite System), z. B. GPS (Global Positioning System), GLONASS, Galileo oder Compass zu empfangen. Alternativ kann die Positionierungseinheit 5 konfiguriert sein, um Signale z. B. von einem oder mehreren Distanzdetektoren in dem Fahrzeug 1 zu empfangen, die relative Distanzen z. B. zu einer Straßenseiteneinheit, Fahrzeugen in der Nähe oder Ähnlichem mit bekannten Positionen messen. Basierend auf den relativen Abständen kann die Positionierungseinheit 5 nachfolgend die Position des Fahrzeugs f_k bestimmen. Ein Detektor kann auch konfiguriert sein, um eine Unterschrift z. B. in einer Straßenseiteneinheit zu erkennen, wobei die Signatur eine bestimmte Position darstellt. Die Positionierungseinheit 5 kann dann konfiguriert sein, um ihre eigene Position über die Erkennung der Signatur zu ermitteln. Die Positionierungseinheit 5 kann stattdessen konfiguriert sein, um die Signalstärke in einem oder einer Vielzahl von Signalen von einer Basisstation oder Straßenkreuzung mit bekannter Position zu bestimmen, und dadurch die Position des Fahrzeugs f_k unter Verwendung von Triangulation bestimmen. Die Position von Fahrzeug f_k kann auf diese Weise bestimmt werden. Natürlich können die vorstehend beschriebenen Technologien kombiniert werden, um die Position des Fahrzeugs f_k zu bestimmen. Die Positionierungseinheit 5 ist konfiguriert, um ein Positionierungssignal zu erzeugen, das die Position p von Fahrzeug f_k enthält, und um dieses Signal zu einer oder mehreren Einheiten in dem Fahrzeug f_k zu übertragen. Das Fahrzeug f_k ist, wie vorstehend erwähnt, auch mit einer Einheit 4 zur Drahtloskommunikation ausgerüstet. Die Einheit 4 ist konfiguriert, um als Empfänger und Sender von Drahtlossignalen zu arbeiten. Die Einheit 4 kann mindestens eines von Drahtlossignalen von anderen Fahrzeugen, und Drahtlossignale von Infrastruktur um das Fahrzeug f_k herum empfangen, und sie kann mindestens eines von Drahtlossignalen zu anderen Fahrzeugen, und Drahtlossignale zu der Infrastruktur um das Fahrzeug f_k herum übertragen. Die Drahtlossignale können Fahrzeugparameter von anderen Fahrzeugen, z. B. ihrer Masse, entwickeltem Drehmoment, Geschwindigkeit, Bremsleistung und auch komplexere Informationen umfassen, wie z. B. das aktuell verwendete Fahrprofil, Fahrstrategie usw. Die Drahtlossignale können auch Informationen über die Umgebung, wie z. B. den Gradienten der Straße, den Krümmungsradius r usw. enthalten. Das Fahrzeug f_k kann auch mit einem oder mehreren Detektoren 7 ausgerüstet sein, um die Umgebung zu erkennen, z. B. mit einer Radareinheit, einer Lesereinheit, einem Gradientenmessgerät, Beschleunigungsmessgerät, Lenkradmessung, einem Gyroskop usw. Diese Detektoren sind im Allgemeinen in 2 als eine Detektoreinheit 7 gekennzeichnet, aber können aus mehreren unterschiedlichen Detektoren bestehen, die an unterschiedlichen Standorten in dem Fahrzeug f_k positioniert sind. Die Detektoreinheit 7 ist konfiguriert, um einen Parameter, wie z. B. einen relativen Abstand, Geschwindigkeit, Gradienten, Querbeschleunigung, Drehung, Lenkradmessung usw. zu bestimmen, und ein Detektorsignal zu erzeugen, das den Parameter enthält. Die Detektoreinheit 7 ist weiterhin konfiguriert, um das Detektorsignal zu einer oder mehreren Einheiten in dem Fahrzeug f_k zu übertragen. Das Fahrzeug f_k kann auch mit einer Straßensegmenteinheit 6 ausgerüstet sein, die Kartendaten 8 (3) über die kommende Straße umfasst. Die Straßensegmenteinheit 6 ist konfiguriert, um ein Straßensegment h zu erzeugen, das die vor dem Fahrzeug f_k liegende Straße beschreibt. Das Straßensegment h umfasst Eigenschaften wie z. B. den Gradienten und Krümmungsradius an Positionen entlang des Segments.
Das Fahrzeug f_k kommuniziert intern zwischen seinen unterschiedlichen Einheiten z. B. durch einen Bus, wie z. B. einen CAN-Bus (Controller Area Network), der ein nachrichtenbasiertes Protokoll verwendet. Beispiele von anderen Kommunikationsprotokollen, die verwendet werden können, sind TTP (Time-Triggered Protocol), Flexray usw. Signale und Daten, wie vorstehend beschrieben, können auf diese Weise zwischen unterschiedlichen Einheiten in dem Fahrzeug f_k ausgetauscht werden. Signale und Daten können stattdessen drahtlos z. B. zwischen den unterschiedlichen Einheiten ausgetauscht werden.
Es kann auch eine Steuerungseinheit 1 in dem Fahrzeug f_k angeordnet sein, die in 2 veranschaulicht ist. Die Steuerungseinheit 1 kann mit den anderen Einheiten 4, 5, 6 und 7 kommunizieren, wie zuvor erklärt wurde, und kann Daten von ihnen empfangen. Alternativ kann die Steuerungseinheit 1 in einer externen Einheit positioniert werden und mit den zweiten Einheiten 4, 5, 6 kommunizieren, und Daten durch Drahtloskommunikation davon empfangen. Die Straßensegmenteinheit 6 kann auch in einer externen Einheit positioniert sein. Die Aufgabe der Steuerungseinheit 1 besteht darin vorherzusagen, wie sich das Fahrzeug f_k-1 vor dem Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug auf der kommenden Straße verhalten wird, und um die Regelung des Fahrzeugs f_k-1 auf eine kraftstoffsparende Art basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des Fahrzeugs f_k anzupassen.
Ein Beispiel der Steuerungseinheit 1 ist in 3 dargestellt. Die Steuerungseinheit 1 kann z. B. ein ECU (elektronisches Steuergerät) sein. Die Steuerungseinheit 1 umfasst eine Prozessoreinheit 2 und eine Speichereinheit 3, die ein Computerprogramm P umfassen. Das Computerprogramm P umfasst einen Programmcode, um die Steuerungseinheit 1 unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in 4 und die Steuerungseinheit 1 in 3 zu veranlassen, einen der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Die anderen Einheiten 4, 5, 6, 7 können eine oder mehrere Prozessoreinheiten und eine oder mehrere Speichereinheiten umfassen. Eine Prozessoreinheit kann aus einer CPU (Central Processing Unit) bestehen. Eine Speichereinheit kann einen flüchtigen oder einen nichtflüchtigen Speicher umfassen, oder sie kann einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher, wie z. B. einen Flash-Speicher oder RAM (Random Access Memory) umfassen. Es wird auch ein vorhandenes Geschwindigkeitsregelungssystem 9 in 3 dargestellt, wobei zu dem Geschwindigkeitsregelungssystem ein Fahrstrategiesignal übertragen werden kann, wie nachfolgend detaillierter erklärt werden wird.
Das Verfahren umfasst das Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, das unmittelbar vor dem Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug (A1) liegt. Dieser Fahrzeugparameter ö kann z. B. jeden beliebigen von Masse, Motorleistung, Bremsleistung, Frontalbereich, einer Eigenschaft des Vortriebs oder einer Eigenschaft des Getriebes des Fahrzeugs f_k-1 beschreiben. Der Fahrzeugparameter ö kann z. B. durch V2V von dem vorderen Fahrzeug f_k-1 zu der Steuerungseinheit 1 durch die Einheit 4 für Drahtloskommunikation in dem Fahrzeug f_k oder durch einen Server, eine Straßenkreuzung, mobile Kommunikationseinheit oder eine Anwendung in einer Kommunikationseinheit übertragen werden. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen von Daten â über die Umgebung, wobei die Daten eine Eigenschaft der Umgebung der Fahrzeuge beschreiben (A2). Die Daten â über die Umgebung können z. B. eine Eigenschaft der vor den Fahrzeugen liegenden Straße beschreiben, wie z. B. ihren Gradienten, ihren Krümmungsgrad oder ihre Geschwindigkeitsbegrenzung. Diese Informationen können durch Erkennen des Gradienten oder des Krümmungsgrads der Straße mit einem geeigneten Detektor 7 erhalten werden. Die Informationen können auch durch eine Drahtloskommunikation von einem anderen Fahrzeug oder von einer Infrastruktur wie z. B. einer Straßenkreuzung oder einem Computersystem erhalten werden. Ein Geschwindigkeitsbegrenzungszeichen kann z. B. seine Geschwindigkeitsbegrenzung durch Drahtloskommunikation spezifizieren, die zu dem Fahrzeug f_k übertragen werden kann. Informationen über kommende Hindernisse wie z. B. ein weiteres Fahrzeug auf der kommenden Straße, ein Stau usw. können durch V2V oder V2I zu dem Fahrzeug f_k übertragen werden. Gemäß einer Ausführungsform wird der Steuerungseinheit 1 Zugang zu einem Straßensegment h von der Straßensegmenteinheit 6 gegeben. Das Straßensegment h umfasst Eigenschaften der kommenden Straße, und es enthält somit Daten â über die Umgebung. Die Daten â über die Umgebung können auch eines oder mehrere Szenarien für die kommende Straße, d. h. unterschiedliche Gradienten, Krümmungsradien usw. umfassen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Vorhersagen eines Verhaltens für das vordere Fahrzeug f_k-1 basierend auf dem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 und den Daten â über die Umgebung (A3) beschreibt. Die Vorhersage kann auch auf mehreren Fahrzeugparametern ö oder einer Kombination von Fahrzeugparametern ö basieren. Das Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1 kann z. B. basierend auf einem Modell des Fahrzeugs f_k-1 vorhergesagt werden. Ein Modell, das die Hauptkräfte beschreibt, die auf das Fahrzeug f_k-1 wirken, kann gemäß folgendem beschrieben werden:
wobei α den Gradienten der Straße beschreibt, C_D und C_r charakteristische Koeffizienten sind, g die Schwerkraft beschreibt, ρ_a. die Luftdichte ist, r_w der Radradius ist und i_t, i_f, η_t, η_f Konstanten sind, die spezifisch für die Übertragung und Getriebe sind. Die Beschleunigungsmasse des Fahrzeugs m_t(m, J_w, J_e, i_t, i_f, η_t, η_f) ist von der Bruttomasse m, Radträgheit J_w, Motorträgheit J_e, i_t, η_t, dem Übersetzungsverhältnis und der Effizienz des Getriebes i_f, η_f und dem endgültigen Übersetzungsverhältnis und der -effizienz abhängig. Vorhersagen eines Verhaltens für das Fahrzeug f_k-1 umfasst gemäß einer Ausführungsform das Bestimmen der Geschwindigkeit v_k-1 des Fahrzeugs f_k-1 entlang der kommenden Straße. Da die kommende Straße durch die Segmenteinheit 6 (3) bekannt ist, und ein Fahrzeugmodell des Fahrzeugs f_k-1 verfügbar ist, kann die vorhergesagte Geschwindigkeit v_k-1 für das Fahrzeug f_k-1 entlang des Straßensegments h anhand einer gegebenen voreingestellten Geschwindigkeit für das Fahrzeug f_k-1 bestimmt werden, die dieses Fahrzeug einhalten soll. Die voreingestellte Geschwindigkeit ist normalerweise die gleiche für alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug, und ist in dem Fahrzeug f_k verfügbar. Die vorhergesagte Geschwindigkeit kann basierend auf einer lokalen LAC-Strategie oder basierend auf einer gemeinsamen LAP-Strategie bestimmt werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs f_k-1 basierend auf der Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und Minimierung der für eine Fahrsitzung erforderlichen Zeit berechnet werden. Eine Optimierung kann basierend auf dem Fahrzeugmodell nach Gleichung (1) ausgeführt werden.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1 (A4). Die Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k kann z. B. derart bestimmt werden, dass das Fahrzeug f_k prinzipiell einen zuvor festgelegten Abstand zu dem vorderen Fahrzeug f_k-1 einhält. Diese Fahrstrategie kann z. B. durch geeignete Optimierungsalgorithmen wie z. B. dynamisches Programmieren bestimmt werden. Die Steuerungseinheit 1 kann auch konfiguriert werden, um eine vorherige Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k z. B. durch V2V oder V2I zu erhalten, und um diese vorherige Fahrstrategie gemäß dem Verhalten des Fahrzeugs f_k-1 anzupassen, um eine bestimmte Fahrstrategie zu schaffen. Die Steuerungseinheit 1 (3) ist konfiguriert, um eine Fahrstrategie zu erzeugen, die die Fahrstrategie angibt, die bestimmt wurde. Das Fahrzeug f_k wird danach gemäß der Fahrstrategie gesteuert (A5). Die Fahrstrategie kann z. B. ein Fahrprofil mit Geschwindigkeitsreferenzwerten v_ref an unterschiedlichen Positionen entlang der kommenden Straße enthalten. Die Fahrstrategie kann zu einem vorhandenen Geschwindigkeitsregelungssystem 9 (3) übertragen werden, das das Gaspedal und die Bremse des Fahrzeugs f_k steuert, sodass das Fahrzeug f_k im Wesentlichen die Geschwindigkeit v_ref erhält.
Das Verhalten des Fahrzeugs f_k-1 kann z. B. so sein, dass es eine etwas niedrigere Geschwindigkeit als die voreingestellte Geschwindigkeit auf einem Steigungsabschnitt aufgrund der Tatsache erreicht, dass es nicht über genügend Fahrzeugleistung verfügt, um den Steigungsabschnitt zu bewältigen. Das hintere Fahrzeug f_k kann dann seine Fahrt planen und kann eine Fahrstrategie bestimmen, sodass es den Druck auf das Gaspedal an einer bestimmten Position oder Zeit entlang der Straße reduzieren kann, sodass es auch dieselbe niedrigere Geschwindigkeit erreicht, die von Fahrzeug f_k-1 in dem Steigungsabschnitt erhalten wird. Das Fahrzeug f_k muss dann in dem Steigungsabschnitt nicht bremsen, um in der Lage zu sein, einen zuvor festgelegten Abstand zwischen den Fahrzeugen aufrechtzuerhalten. Die Steuerungseinheit 1 kann auch bestimmen, wie das Fahrzeug f_k von den unterschiedlichen Kräften gemäß Gleichung (1) beeinflusst wird, und kann die Geschwindigkeit oder Geschwindigkeiten berechnen, auf die das Fahrzeug f_k an unterschiedlichen Positionen oder Zeiten geregelt werden sollte, um die vorhergesagte Geschwindigkeit des Fahrzeugs f_k-1 gemäß seines vorhergesagten Verhaltens zu erreichen.
Anhand eines weiteren Beispiels kann die Steuerungseinheit 1 gemäß zuvor festgelegten Regelungen für unterschiedliche Fahrzeugparameter ö mindestens einen von dem Abstand zwischen den Fahrzeugen f_k und f_k-1 und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs f_k bestimmen. In dem Fall, in dem ö z. B. eine bestimmte Bremskraft usw. für das Fahrzeug f_k-1 spezifiziert, kann die Steuerungseinheit 1 z. B. bestimmen, dass ein bestimmter Abstand zwischen den Fahrzeugen f_k und f_k-1 aufrechtzuerhalten ist, um Sicherheit sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen verwendet werden. Daher sollten die obigen Ausführungsformen nicht als den Umfang der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, einschränkend betrachtet werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs f_k in einem Fahrzeugzug, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein zusätzliches Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit (5) und eine Einheit (4) zur drahtlosen Kommunikation aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, das unmittelbar vor dem Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug liegt; – Bestimmen von Daten â über die Umgebung, wobei die Daten eine Eigenschaft der Umgebung der Fahrzeuge beschreiben; – Vorhersagen eines Verhaltens des vorderen Fahrzeugs f_k-1 basierend auf dem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, und den Daten â über die Umgebung; – Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1; wobei das Fahrzeug f_k danach gemäß der Fahrstrategie gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Daten â über die Umgebung eine Eigenschaft der vor den Fahrzeugen liegenden Straße beschreiben, wie z. B. ihren Gradienten, ihren Krümmungsgrad oder ihre Geschwindigkeitsbegrenzung.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, umfassend das Vorhersagen des Verhaltens des vorderen Fahrzeugs f_k-1 basierend auf einem Modell des Fahrzeugs f_k-1.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei der Fahrzeugparameter ö jeden beliebigen von Masse, Motorleistung, Bremsleistung, Frontalbereich, einer Eigenschaft des Vortriebs oder einer Eigenschaft des Getriebes des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend das Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k sodass das Fahrzeug f_k im Wesentlichen einen zuvor festgelegten Abstand zu dem vorderen Fahrzeug f_k-1 einhält.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Vorhersagen eines Verhaltens des Fahrzeugs f_k-1 das Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs f_k-1 entlang der kommenden Straße umfasst.
Steuerungseinheit (1) zum Steuern eines Fahrzeugs f_k in einem Fahrzeugzug, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein zusätzliches Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit (5) und eine Einheit (4) zur drahtlosen Kommunikation aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (1) konfiguriert ist zum: – Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, das unmittelbar vor dem Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug liegt; – Bestimmen von Daten â über die Umgebung, wobei die Daten eine Eigenschaft der Umgebung der Fahrzeuge beschreiben; – Vorhersagen eines Verhaltens des vorderen Fahrzeugs f_k-1 basierend auf dem Fahrzeugparameter ö, der eine Eigenschaft des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt, und den Daten â über die Umgebung; – Bestimmen einer Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k basierend auf dem vorhergesagten Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1; – Erzeugen eines Fahrstrategiesignals, das die positionsbasierte Fahrstrategie angibt, und Steuern des Fahrzeugs f_k gemäß der Fahrstrategie.
Steuerungseinheit (1) nach Anspruch 7, wobei die Daten â über die Umgebung eine Eigenschaft der vor den Fahrzeugen liegenden Straße beschreiben, wie z. B. ihren Gradienten, ihren Krümmungsgrad oder ihre Geschwindigkeitsbegrenzung.
Steuerungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, die konfiguriert ist, um das Verhalten des vorderen Fahrzeugs f_k-1 basierend auf einem Modell des Fahrzeugs f_k-1 vorherzusagen.
Steuerungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Fahrzeugparameter ö jeden beliebigen von Masse, Motorleistung, Bremsleistung, Frontalbereich, einer Eigenschaft des Vortriebs oder einer Eigenschaft des Getriebes des Fahrzeugs f_k-1 beschreibt.
Steuerungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die konfiguriert ist, um eine Fahrstrategie für das Fahrzeug f_k zu bestimmen, sodass das Fahrzeug f_k einen zuvor festgelegten Abstand zu dem vorderen Fahrzeug f_k-1 einhält.
Steuerungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die konfiguriert ist, um das Verhalten des Fahrzeugs f_k-1 vorherzusagen, dass das Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs f_k-1 entlang der kommenden Straße umfasst.
Steuerungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, die zum Empfangen von mindestens einem Fahrzeugparameter ö durch Drahtloskommunikation konfiguriert ist.
Computerprogramm (P) einer Steuerungseinheit (1), wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode umfasst, um die Steuerungseinheit (1) zu veranlassen, einen der Schritte nach den Ansprüchen 1 bis 6 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der auf einem Medium gespeichert ist, das von einem Computer lesbar ist, um die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.